唐建华 王怀江 李志华 郑莉 刘莹莹

摘 要：本文采用C#、NI、Matlab多语言混合编程，开发了一种应用于管道内检测器的智能型人机交互软件。本软件基于面向过程思想，设计了不同工作模式，可良好服务于检测器自产品出厂测试、管道检测前自检测试、管道检测、检测数据读取与离线分析、产品定期质检维修等全寿命周期过程。软件前台遵循便捷、大众逻辑型界面设计原则，最大程度降低软件操作复杂度；后台采用自动化数据管理，每一步交互操作均具备自动记录日志功能，不同数据根据数据类型及操作时间自动分类，建立当天的数据管理架构并完成数据管理，所有数据均支持后续人工二次查询分析功能，具备很大的智能性，解放了生产力。另外以动态链接库方法内嵌Matlab算法，可自动分析读取数据，大大提高了软件工作效率，在工程中得到了成功应用。

关键词：管道检测；人机交互软件；智能型；自动化；工程应用

中图分类号：TE973.6 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2018）21-0025-03

1 软件总体设计

1.1 前台界面设计

基于面向过程思想，便捷、大众逻辑型设计原则[1]，软件界面主要设计了软件登录与软件主控管理两部分。登录界面如图1所示；主控界面左侧设计采样数据曲线动态显示功能，中间设计数据实时显示功能，右侧为人机交互操作功能，如图2所示。界面设计清晰，且符合大众常规操作逻辑。

1.2 后台程序设计

对应1.1小结软件界面设计，以及模块化设计原则，软件后台亦包含软件登录与软件主控管理两部分，程序总体架构如图3所示。

软件安装完毕，程序控制安装根目录下自动创建“User_Info/UserData.txt”用户管理文件，内含默认用户名及默认登录密码。启动软件，首先进入登录界面，输入以上用户名及密码，匹配成功后自动进入软件主控界面，提示软件启动成功。点击“开关”，系统首选进行通信自检，点击“设备停止”，可根据需求选择测试或工作模式，然后软件进行通信、数据解析、存储等。操作完毕，可进行USB数据读取、回放、Matlab数据分析等[2]。

2 软件详细设计

2.1 端口自动识别

采用RS232人机接口。为提高软件智能性及工作效率，设计端口自动识别功能。即PC终端与检测器物理连接后，启动软件，自动读取COM口并显示[3]，工作人员直接点击“开关”对软件进行一键傻瓜式启动，如图4所示。

2.2 后台数据管理

采用树形层次型文件管理架构设计[4]。软件每次启动后，首先根据数据类型检索根目录下是否存在PC检测数据及USB数据文件夹，有则保持，无则建立；然后在文件夹内根据当天日期“年-月-日”建立子文件夹；其次在子文件夹内，整个检测器当天采样数据、日志操作等，均按照软件开关启动、关闭时间保存为“*.Dat”文件，便于数据管理及查询。如图5所示。

2.3 高可靠性通信

所有指令，均设计为“帧头-指令类型-指令内容-校验位”模式。所有指令通信均设计握手协议，即PC终端向下位机发送指令后，等待下位机回传握手指令，收到回传指令后判定通信成功，否则再次发送指令，连续发送3次指令若均无握手回传，则判断通信失败。

2.4 大数据处理

针对大数据快速通信，为提高软件数据处理能力，设计乒乓工作机制，如图6所示。

开辟两个静态缓存，采样数据首先至串口缓存内，数据通信线程基于乒乓机制将n帧（n为整数，根据实际需求设计）采样数据乒乓交替放入缓存1、2；数据处理线程交替将数据从两个缓存内读出并处理。交替工作机制，提高线程并行工作能力，提高大处理处理实时性，同时亦保证数据完整性、可靠性。

2.5 多語言混合编程

NI搭建前台界面，C#搭建后台主程序，以.dll动态链接库模式内嵌Matlab算法，充分利用Matlab强大的数学处理工具，实现软件负责处理算法设计[5]。且交互类软件设计人员与Matlab算法设计人员可分工并行工作，提高工作效率。如图7所示。

3 软件工程应用

本软件已成功应用于中海油集团12英寸管道超声内检测器上，2017～2018年初进行了40余次内场环路试验，2018年4月在渤海油田海上平台间进行了9公里真实海管超声波内检测作业，软件及整机使用效果良好，如图8所示。

4 结语

基于面向过程思想，本文提出了一种应用于管道检测器的智能型人机交互软件设计，解决了检测器自出厂测试、管道检测前测试、管道检测、数据读取分析、产品周期质检等全生命周期需求，大大提高了工作效率，解放了生产力，间接产生了很大的经济效益，在工程中得到了成功应用。

参考文献

[1]（美）拉斯基（Jef Raskin）.人机界面[M].北京：机械工业出版社，2004.

[2]王坤.高清晰度油气管道腐蚀检测器数据分析系统设计[J].天然气工业，2007，27（1）：108-110.

[3]王小科，王军.C#开发实战1200例[M].北京：清华大学出版社，2011.

[4]陈明.数据结构与算法（C语言版）[M].北京：人民邮电出版社，2012.

[5]赵忠海，张洪文，刘秀峰.基于C#与MATLAB混合编程实现变形预测分析，测绘与空间地理信息，2012，35（5）：122-124.